Festkörperbatterien

Herstellung von Kompositelektroden

Trockene Prozessierung von Kompositkathoden.
© Fraunhofer IFAM

Trockene Prozessierung von Kompositkathoden.

Die intrinsische Sicherheit ist, neben dem gesteigerten Energieinhalt, eine Hauptmotivation für die Entwicklung von Festkörperbatterien, denn diese enthalten, im Gegensatz zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien, keine flüssigen, brennbaren Elektrolyte. Festkörperelektrolyte besitzen zudem eine hohe elektrochemische Stabilität und erlauben somit auch den Einsatz von neuartigen Hochvoltelektroden mit hoher Zyklenstabilität. Nach theoretischen Berechnungen sind hierbei spezifische Energien jenseits der 400 Wh/kg und Energiedichten von mehr als 1200 Wh/L möglich.

Die Skalierbarkeit und Prozessierung von Festkörperbatterien stellt eine besondere Herausforderung dar. Hybridelektrolyte aus anorganischen Materialien und Polymeren bieten hier eine aussichtsreiche Materialoption. Dabei muss die komplexe Struktur dieser Elektrolyte sowohl die elektrische als auch die ionische Leitfähigkeit gewährleisten.

Einer unserer Schwerpunkte liegt in der Herstellung von Kompositkathoden aus Aktivmaterial und Festkörperelektrolyt, z.B. über die inerte Prozessierung mittels Extrusion. Die Entwicklung und das Verständnis der einzelnen Prozessschritte stehen hierbei besonders im Fokus.

Dünnschichtbatterien

Flexible Dünnschichtelektrode, z.B. für Festkörperbatterien.
© Fraunhofer IFAM

Flexible Dünnschichtelektrode, z.B. für Festkörperbatterien.

Geringe ionische Leitfähigkeiten potentieller Festkörperelektrolyte können auch durch die Minimierung der Elektrolytschichtdicke kompensiert werden. Die sog. Dünnschichttechnologie ermöglicht darüber hinaus flexible oder auch dreidimensionale Batteriegeometrien. Diese sind für miniaturisierte Anwendungen, aber auch für die Bauteilintegration und für autarke Sensorknoten besonders interessant.

Bei der Herstellung von Dünnschichtelektroden und -batterien kommt die sog. PVD-Technologie (physikalische Gasphasenabscheidung) zum Einsatz. Hierbei werden sehr dünne Schichten mit sehr guten Phasengrenzen für eine optimale ionische Leitfähigkeit erzielt.